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使用一次側(cè)回授的 4.2 W GU10 LED 照明驅(qū)動(dòng)器

作者: 時(shí)間:2012-09-21 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/200023.htm

本文將向您介紹一款使用了 TI 離線一次側(cè)傳感控制器 TPS92310 的低功耗 照明驅(qū)動(dòng)器解決方案。由于使用了恒定的導(dǎo)通時(shí)間反激拓?fù)湟约耙淮蝹?cè)傳感控制,該解決方案可以實(shí)現(xiàn)高效率以及良好的線壓和負(fù)載調(diào)節(jié)功能。就 10 替代 燈泡而言,參考設(shè)計(jì) PMP4325 具有合適的小外形尺寸(30mm×18mm×10mm),其可支持常見(jiàn)的 AC 線路輸入以及 3 或 4 個(gè) 串聯(lián)輸出,恒定輸出電流為 350mA。實(shí)驗(yàn)顯示,就LED 照明而言,該解決方案具有良好的線壓和負(fù)載調(diào)節(jié)功能、高效率以及整體LED照明保護(hù)功能。

1 理論操作

1.1 TPS92310 控制器

對(duì)于額定功率較低的 LED 照明來(lái)說(shuō),單級(jí)反激結(jié)構(gòu)是一款頗具吸引力的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。單級(jí)反激結(jié)構(gòu)之所以能夠廣泛用于 LED 照明,其原因如下:

l 電隔離減少了總體物料清單成本 (BOM)

l 使用特殊控制架構(gòu)(例如:恒定導(dǎo)通時(shí)間控制等)的高功率因數(shù)

l 相比其他雙級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),外形尺寸更小

盡管單級(jí)反激結(jié)構(gòu)用于 LED 照明時(shí)擁有諸多優(yōu)點(diǎn),但仍然有一些問(wèn)題需要解決。這些問(wèn)題包括:

l 高功率因數(shù)

l 穩(wěn)定的線壓和負(fù)載調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)一次側(cè)回授 (PSR)

l LED 開(kāi)路或者短路保護(hù)

TI TPS92310 控制器是一種單級(jí)一次側(cè)傳感 AC/DC 控制器,用于驅(qū)動(dòng)高亮度 LED 的恒定電流。它工作在零電流檢測(cè)轉(zhuǎn)換模式 (TM) 下。線壓半周期內(nèi),“導(dǎo)通時(shí)間”(TON) 幾乎恒定不變。因此,它本身便具有功率因數(shù)校正 (PFC),因?yàn)橹骼@組的峰值電流,隨輸入線壓曲線變化而變化。對(duì) TON 進(jìn)行調(diào)節(jié),以便將 LED 電流調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)水平,而該水平由一個(gè)外部檢測(cè)電阻器設(shè)置。TON 同時(shí)也用于反激、升壓以及降升壓轉(zhuǎn)換器的控制設(shè)計(jì)。這種轉(zhuǎn)換器工作在轉(zhuǎn)換模式下,使用固定不變的導(dǎo)通時(shí)間控制來(lái)達(dá)到高功率因數(shù)。另外,TON 還可用于對(duì)工作在轉(zhuǎn)換模式的降壓轉(zhuǎn)換器進(jìn)行控制,其通用 LED 驅(qū)動(dòng)器使用峰值電流控制。

一次側(cè)檢測(cè)不要求使用光耦合器和二次側(cè)電路,因此組件數(shù)目更少,PCB 解決方案也更緊湊。另外,這種控制器還擁有逐周期電流限制、輸出短路保護(hù)、輸出過(guò)壓保護(hù) (OVP) 或者開(kāi)路 LED 保護(hù)、短路 LED 保護(hù)以及熱關(guān)機(jī)保護(hù)等功能,而所有這些功能都為 LED 照明提供了保護(hù)措施。

1.2 恒定導(dǎo)通時(shí)間控制

在傳統(tǒng)升壓功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器中,恒定導(dǎo)通時(shí)間控制的轉(zhuǎn)換模式通常用于讓輸入電流與輸入電壓保持同相,以獲得高功率因數(shù)和低總諧波失真 (THD)。

對(duì)于工作在轉(zhuǎn)換模式下的單級(jí)反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō),它并非本身固有的功率因數(shù)校正,因?yàn)檎伎毡群皖l率在形狀循環(huán)期間始終會(huì)不斷變化。因此,在這種條件下,功率因數(shù)和總諧波失真都不理想。幸運(yùn)的是,過(guò)濾模式下工作的單級(jí)反激拓?fù)涫褂霉潭?恒定)TON,仍然可以達(dá)到高功率因數(shù)和低總諧波失真。如圖 1 所示,平均輸入電流為一個(gè)近似正弦波,且其相位與輸入電壓相同。

TON 和 TOFF 期間電流波形

圖 1 TON 和 TOFF 期間電流波形

本設(shè)計(jì)中,TPS92310 控制器被配置在恒定導(dǎo)通時(shí)間控制模式下,如果用一個(gè)大容量電容器連接至 COMP 引腳,以對(duì)單級(jí)反激應(yīng)用的 100-Hz 線壓紋波進(jìn)行濾波,則開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟時(shí)間可以固定不變。但是,為了降低電路板的體積,該參考設(shè)計(jì)并非為一種沒(méi)有功率因數(shù)校正功能的單級(jí)結(jié)構(gòu),因此我們使用了一個(gè)小容量補(bǔ)償電容器,目的只是保持控制環(huán)路的穩(wěn)定性。由于反激結(jié)構(gòu)的 DC 輸入電壓較穩(wěn)定,因此該開(kāi)啟時(shí)間幾乎固定不變。

1.3 一次側(cè)檢測(cè)的恒定電流控制

據(jù)此,圖 2 顯示了一次電流、二次電流和 Vds 電壓,平均輸出電流 Io 的計(jì)算方法如下:

公式1

其中:

2 × Tdly =MOSFET 漏極上振鈴時(shí)間的一半

N=一次繞組與二次級(jí)繞組的變壓器匝數(shù)比

Ip_pk=一次電流

Is_pk=二級(jí)電流

Io=平均輸出電流(LED 電流)

電流及 Vds 電壓波形

圖 2 電流及 Vds 電壓波形

為了調(diào)節(jié)輸出電流,該轉(zhuǎn)換器使用了一個(gè) PWM 控制電路,如圖 3 所示。這種電路包括了充電和放電工作模式。充電工作模式由內(nèi)部基準(zhǔn)電流IREF × time (TON + TOFF + 2TDLY)控制。放電工作模式由 TOFF 開(kāi)關(guān)和 Ipk 電流源控制,其與一次側(cè)峰值電流成比例關(guān)系。COMP 電壓電平可代表柵極驅(qū)動(dòng) TON。

在正常運(yùn)行期間,如果放電 Q(Ipk × TOFF) 大于充電 Q (IREF × (TON + TOFF +2TDLY)),則 COMP 引腳電壓下降,結(jié)果柵極輸出 TON 在下一個(gè)周期時(shí)增加。另外,如果充電 Q(IREF × (TON + TOFF + 2TDLY)) 大于放電 Q (Ipk ×TOFF),則 VCOMP 上升,柵極驅(qū)動(dòng)器輸出TON在下一個(gè)周期增加。如果充電 Q 等于放電 Q,則VCOMP電壓穩(wěn)定。因此,當(dāng)大容量電容器連接至COMP引腳對(duì) 100-HZ 線壓紋波進(jìn)行濾波時(shí),在半個(gè)正弦周期產(chǎn)生一個(gè)固定導(dǎo)通時(shí)間,從而實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正。在沒(méi)有使用功率因數(shù)校正維持環(huán)路穩(wěn)定情況下,并且僅用于反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí),可以使用一個(gè)小容量電容器連接 COMP 引腳。

充電和放電方塊圖

圖 3 充電和放電方塊圖

該控制器實(shí)現(xiàn)了一次電流反饋與調(diào)節(jié),以維持恒定輸出 LED 電流。圖 4 顯示了 TPS92310 控制器的方塊圖。紅色虛線表示一個(gè)主控制回路。

TPS92310 方塊圖
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